专利名称：内燃机的燃油喷射系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种内燃机的燃油喷射系统。
背景技术：
已知一种内燃机，其被设计成这样，即燃油喷射器的喷嘴室通过高压管路连接到共用油轨并执行两个燃油喷射，例如一个先导喷射和一个随后的主喷射(例如，日本未审查的专利公布(kokai)No.2000-18074)。
但是，在使用这种共用油轨时，当执行燃油喷射时，产生于燃油喷射器的喷嘴室内的压力波在那时穿过高压管路传播，并到达共用油轨。随后，该压力波朝向喷嘴室而继续在高压油轨内传播。这导致了喷嘴室内燃油压力的剧烈波动。
在这种常规内燃机中，当由于共用油轨内存在反射波而引起在喷嘴室内发生燃油压力的剧烈波动时，主喷射在先导喷射之后执行。但是，当喷嘴室内的燃油压力以这种方式剧烈波动时，如果执行主喷射，将会出现主喷射的喷射量极大地波动并且极大地偏离正常量而终止的问题。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种内燃机的燃油喷射系统，即便是在使用共用油轨时，该燃油喷射系统也能够将喷射量精确地控制为目标值。
根据本发明，提供了一种内燃机的燃油喷射系统，该内燃机设置有共用油轨和连接到该共用油轨的燃油喷射器，在发动机的一个循环过程中，每一个燃油喷射器执行至少两次喷射，即在先喷射和在后喷射，并且根据从执行在先喷射到执行在后喷射的时间间隔，相对于目标值来改变在后喷射的波动量，内燃机的燃油喷射系统设置有存储装置，其用于在油轨压力为预定的基准油轨压力时，存储随着时间间隔的增加随基准波动模型变化的在后喷射的基准波动量，并且在油轨压力不是基准油轨压力时，存储当收缩或扩展在后喷射的波动量的波动模型时该波动模型的收缩率或扩展率，以便将该波动模型覆盖在基准波动模型上；计算装置，其利用收缩率或扩展率并根据基准波动量和时间间隔、按照油轨压力计算在后喷射的波动量；和控制装置，其利用由计算装置所计算的波动量将喷射量控制为目标值。
图1是压燃式内燃机的总图；图2是燃油喷射器尖端的侧面剖视图；图3A和3B是喷射模型图；图4A和4B是喷射量的图；图5A和5B是主喷射定时等的图；图6A-6C是主喷射的波动量图；图7A-7C是主喷射的波动量图；图8A和8B是主喷射的波动量图；图9是燃油喷射控制的流程图；图10A-10D是收缩率或扩展率的视图；图11A-11C是针阀的阀门开启正时的波动量图；图12A和12B是主喷射的波动量图；图13和14是燃油喷射控制的流程图；图15A-15C是收缩率或扩展率的视图；图16A-16D是收缩率或扩展率的视图；图17和18是燃油喷射控制的流程图。
具体实施例方式
参照图1，1是压燃式内燃机体，2是气缸的燃烧室，3是用于将燃油喷射到燃烧室2内的燃油喷射器，4是进气歧管，5是排气歧管。进气歧管4通过进气导管6连接到排气涡轮增压器7的压缩器7a的出口。该压缩器7a的入口连接到一空气滤清器8。进气导管6在其内部设置有一通过步进电机驱动的节气门9。另一方面，排气歧管5连接到排气涡轮增压器7的排气涡轮7b的入口。
排气歧管5和进气歧管4通过废气再循环(在下文指的是“EGR”)通道10相互连接。该EGR通道10具有一设置在其内的电控型的EGR控制阀11。另一方面，每一燃油喷射器3通过一燃油供给管路12连接到一共用油轨13。该共用油轨13通过电控型的可变流量的燃油泵14而从燃油箱15将燃油供给到其内部。供给到共用油轨13的燃油通过燃油供给管路12提供给燃油喷射器3。该共用油轨13设置有一燃油压力传感器16以用于检测共用油轨13内的燃油压力。根据燃油压力传感器16的输出信号，控制燃油泵14的流量以便共用油轨13内的燃油压力变为目标燃油压力。
电控单元20由一数字计算机组成并且设有ROM(只读存储器)22，RAM(随机存取存储器)23，CPU(微处理器)24，输入端口25，以及输出端口26，它们全部通过双向总线21连接。燃油压力传感器16的输出信号通过相应的AD转换器27输入到输入端口25。另一方面，加速踏板17具有一与其相连的负载传感器18，其用于产生与加速踏板17的下压L成比例的输出电压。负载传感器18的输出电压通过相应的AD转换器27输入到输入端口25。而且，输入端口25具有一与其相连的曲柄角传感器19，其用于每当曲柄轴旋转例如15°时产生一输出脉冲。另一方面，输出端口26具有一与其相连的燃油喷射器3，一用于驱动节气门9的步进电机，EGR控制阀11，以及穿过相应的驱动电路28的燃油泵14。
图2是一燃油喷射器3的放大示意图。如图2所示，燃油喷射器3设置有一能定位在阀座30上的针阀31，一形成在针阀31尖端周围的吸取室32，一从吸取室32延伸到燃烧室2的内部的喷射孔33，以及一形成在针阀31周围的喷嘴室34。该喷嘴室34通过一高压燃油进给通道连接到共用油轨13，该燃油进给通道穿过燃油喷射器3的主体内部和燃油供给管路12的内部，即“高压管路35”。共用油轨13内的高压燃油通过高压管路35供给到喷嘴室34的内部。
燃油喷射器在其内部形成有一面对针阀31的后表面的压力控制室36。该压力控制室36在其内部设置有一压缩弹簧37，其用于向阀座30挤压针阀31。压力控制室36一方面通过一入口侧边收缩管38连接到高压管路35的中部，并且另一方面通过一出口侧边收缩管39连接到燃油溢流孔41，该溢流孔通过一溢流控制阀40来控制其开启和关闭。压力控制室36通过收缩管38持续地供给高压燃油。因此，压力控制室36充满了燃油。
如图2所示，当燃油溢流孔41被溢流控制阀40关闭时，针阀31将位于阀座30上。因此，燃油喷射停止。在此时，喷嘴室34和压力控制室36变得具有相同的燃油压力。当溢流控制阀40打开，即其开启燃油溢流孔41时，压力控制室36内的高压燃油穿过收缩管39从燃油溢流孔41流出，因此压力控制室36内的压力逐渐降低。当压力控制室36内的压力降低时，针阀31升高并且来自喷射孔33的燃油喷射将启动。
即，压力控制室36和燃油溢流孔41之间设置有一收缩管39。而且，由于有其它延迟元件，燃油的喷射在溢流控制阀40开启一段时间后才启动。随后，当溢流控制阀40关闭，即其关闭燃油溢流孔41，通过收缩管38向压力控制室36的内部供给的燃油将导致压力控制室36内的压力逐渐增大，因此在溢流控制阀40关闭一段时间后燃油的喷射才停止。
在本发明中，每一燃油喷射器在发动机的一个循环过程中至少喷射两次燃油，一在先喷射和一在后喷射。图3A和3B示出了两个有代表性的燃油喷射方法。图3A显示的是在一主喷射M之前执行一先导喷射P的情形。在该情形中，先导喷射P为在先喷射而主喷射M为在后喷射。
另一方面，图3B示出了在主喷射M之前执行多个先导喷射P1，P2以及在主喷射M之后执行多个后面的喷射P3，P4的情形。在该情形中，如果将先导喷射P2作为在后喷射，先导喷射P1将变为在先喷射。如果将主喷射M作为在后喷射，先导喷射P1，P2将变为在先喷射。如果将先导喷射P3作为在后喷射，先导喷射P1，P2以及主喷射M将变为在先喷射。
注意，本发明是将示于图3A的在主喷射M之前执行先导喷射P的情形作为一个例子来进行详细描述的。
在本发明的实施例中，如图4A所示，目标总喷射量QT作为加速踏板17下压即加速踏板开度L和发动机转速N之间的函数，以图的形式预先存储在ROM 22中。而且，如图4B所示，目标主喷射量QM作为总喷射量QT和发动机转速N的函数，以图的形式预先存储在ROM 22中。另一方面，目标先导喷射量QP通过从总喷射量QT中减去主喷射量QM得到。
而且，如图5A所示，主喷射M的喷射开始正时θM作为总喷射量QT和发动机转速N的函数，以图的形式预先存储在ROM 22中。而且，预先设定从执行在先喷射到执行在后喷射的时间间隔。在本发明的实施例中，如图5B所示，从启动先导喷射P到启动主喷射M的时间间隔TI作为总喷射量QT和发动机转速N的函数，以图的形式预先存储在ROM 22中。先导喷射P的喷射开始正时θP从主喷射M的喷射开始正时θM和时间间隔TI计算出。
而且，在本发明的实施例中，共用油轨13内的目标油轨压力预先设定。该目标油轨压力通常随着总喷射量QT的增大而变高。
现在，如图2所示，针阀31打开并且燃油喷射被启动，喷嘴室34内的压力快速地下降。如果喷嘴室34内的压力以这种方式快速地下降，将产生一压力波。该压力波穿过高压管路35的内部向共用油轨13传播。随后，该压力波在高压管路35的开口端被反射，引导向共用油轨13的内部。随后，该压力波继续穿过高压管路35以相对于平均压力呈反向压力的状态向喷嘴室34前进，即以高压波的形式，并且将导致喷嘴室34的压力暂时变高。例如，如果已经执行了先导喷射，在那之后一段时间，喷嘴室34的内部由于在共用油轨13内的反射波将暂时地变为高压。
另一方面，当针阀31关闭时，燃油的流动将被迅速阻断，因此喷嘴室34内部的压力将暂时地升高并且将形成压力波。该压力波也穿过高压管路35的内部而传播，在共用油轨13处被反射，并且返回到喷嘴室34的内部。
而且，溢流控制阀40的开启和关闭操作也引起压力波穿过喷嘴室34的内部传播。即，如果溢流控制阀40开启，燃油溢流孔41处的压力将迅速降低，因此产生压力波。如果溢流控制阀40关闭，燃油溢流孔41的压力将迅速升高，因此产生压力波。这些压力波穿过一对收缩管38，39从而穿过喷嘴室34传播并将引起喷嘴室34中的压力升高或降低。同时地，压力波在喷嘴室34中被反射并向共用油轨13或燃油溢流孔41传播。
以这种方式，如果执行先导喷射P，由于针阀31的开启和关闭操作以及溢流控制阀40的开启和关闭操作而产生的压力波将引起喷嘴室34内的燃油压力脉动。随后，当喷嘴室34内的燃油压力以这种方式波动时，执行主喷射M。但是，如果在喷嘴室34内的燃油压力以这种方式波动时执行主喷射M，当喷嘴室34内的燃油压力变高时，喷射量将增加；而当喷嘴室34内的燃油压力变低时，喷射量将减小，因此，主喷射M的喷射量将波动。
随后，将参照图6A-6B和图7A-7C来阐明主喷射M的喷射量的波动量。在图6A-6B和图7A-7C中，横坐标Ti表示从启动先导喷射P到启动主喷射M之间的时间间隔(msec)，而纵坐标dQ表示主喷射M的喷射量相对于目标值的波动量(mm3)。在图6A-6B和图7A-7C中，□标表示油轨压力为48MPa时，○标记表示油轨压力为80MPa时，△标记表示油轨压力为128MPa时。注意图6A-6C示出的主喷射量较小，而图7A-7C示出的主喷射量较大。
具体地，图6A-6C示出了先导喷射量为2(mm3)并且主喷射量为2(mm3)，而图7A-7C示出了先导喷射量为2(mm3)并且主喷射量为20(mm3)。
现在，图6A和图7A示出了主喷射M的喷射量相对于目标值的实际波动量dQ对于三个不同油轨压力的情形。正如上文的阐述，如果喷嘴室34中的燃油压力变高，主喷射量将增加，而如果喷嘴室34中的燃油压力变低，主喷射量将减少，因此从图6A和图7A可以得知，在先导喷射之后，喷嘴室34中的燃油压力将反复地升高和降低，也即波动。
但是，参见图6A和图7A，可以理解，由曲线表示的主喷射量的波动模型随周期而不同，即油轨压力越高，周期越短，但是都以相似的形式升高和降低。如上所述，由于压力波在喷嘴室34和共用油轨13之间或喷嘴室34和燃油溢流孔41之间传播，喷嘴室34中的燃油压力将波动。喷嘴室34和共用油轨13之间的距离是一固定的长度并且喷嘴室34和燃油溢流孔41之间的距离也是一固定的长度，因此如果压力波的传播速度是恒定的，则在执行先导喷射P之后而产生于喷嘴室34内的燃油压力将按照一设定的波动模型波动。
但是，压力波的传播速度根据燃油压力和燃油温度而变化。即，压力波的传播速度由(E/γ)·g的平方根来表示，其中E为体积模量，γ为燃油的密度，g为重力加速度。即，压力波的传播速度与体积模量E的平方根成正比。但是，体积模量E与燃油压力成比例而与燃油温度成反比。因此，燃油压力越高，压力波的传播速越快；并且燃油温度越高，其速度越慢。也即，油轨压力越高，压力波的传播速越快。
因此，当油轨压力变得越高时，喷嘴室34内的燃油压力的波动周期将变得越短。此时，喷嘴室34内的燃油压力以沿图6A和图7A的横坐标方向，即沿时间间隔轴的方向，收缩的波动模型的形式波动。因此，如图6A和图7A所示，油轨压力越高，主喷射的喷射量dQ就越发以沿时间间隔轴的方向收缩的波动模型的形式波动。
如果将由图6A和图7A中以○标记的油轨压力80MPa作为基准油轨压力，并且将在该基准油轨压力时的主喷射波动量dQ的波动模型作为基准波动模型，那么，当由□标记所示的油轨压力为48MPa时，也即，当油轨压力低于该基准油轨压力时，如果主喷射波动量dQ的整个波动模型在使用时间间隔Ti＝0作为固定点时、沿时间间隔轴方向均匀地收缩，那么波动模型向上以及向下波动的时刻将与基准波动模型向上以及向下波动的时刻相符合。在由△标记显示的油轨压力为128MPa时，即当油轨压力高于基准油轨压力时，如果主喷射波动量dQ的整个波动模型在使用时间间隔Ti＝0作为固定点时沿时间间隔轴方向均匀地扩展，那么波动模型向上以及向下波动的时刻将与基准波动模型向上以及向下波动的时刻相符合。图6B和图7B示出了当油轨压力为48MPa时使波动模型收缩以及当油轨压力为128MPa时使波动模型扩展的情形，以便波动模型向上和向下波动的时刻与基准波动模型以这种方式向上和向下波动的时刻相符合。
当示于图6B的主喷射量小时，基准波动模型和其它的收缩或扩展波动模型之间的偏差率将较大，而当如图7B所示的主喷射量大时，基准波动模型和其它的收缩或扩展波动模型之间的偏差率将变得相当小。因此，当如图7B所示的主喷射量大时，如果使每一油轨压力下的波动模型收缩或扩展，可以将每一波动模型覆盖在基准波动模型上。即，可以使每一波动模型标准化为共同的基准波动模型。
当可以以这种方式使每一波动模型标准化为共同的波动模型时，可以通过每一波动模型的收缩率或扩展率来修改时间间隔并使用该修改后的时间间隔从共同的基准波动模型得出在每一油轨压力下的主喷射波动量dQ。
例如，如果将当在图7A中油轨压力为80MPa时的主喷射波动量dQ的波动模型作为共同的基准波动模型，那么，当通过在48MPa时波动模型的收缩率来收缩时间间隔Ti时，当油轨压力为48MPa时的每一时间间隔Ti处的主喷射的波动量dQ与基准波动模型上的主喷射的基准波动量dQ相符合。即在每一油轨压力下的波动模型的收缩率或扩展率与该时间间隔Ti相乘来获得改变的时间间隔。与该改变的时间间隔相应的基准波动模型的基准波动量dQ与每一油轨压力下的主喷射的波动量dQ相符合。如果使用以这种方式改变的时间间隔，只要存储在基准波动模型的主喷射的基准波动量dQ，就可以根据该基准波动量dQ找出每一油轨压力下的主喷射波动量dQ。
也就是说，在本发明中，预先存储当油轨压力为一预定基准油轨压力时、随时间间隔Ti的增加与基准波动模型一起变化的在后喷射的基准波动量。而且，预先存储当油轨压力不是基准油轨压力时、当收缩或扩展在后喷射的波动量的波动模型以便将其覆盖在基准波动模型上时的波动模型的收缩率或扩展率。使用该收缩率或扩展率，与该油轨压力相应的在后喷射的波动量可根据基准波动量和时间间隔Ti来计算。
具体地说，在后喷射在基准油轨压力下的基准波动量dQ作为时间间隔Ti的函数被预先存储。当将在典型油轨压力下的波动模型覆盖在基准波动模型上时的每一波动模型的收缩率或扩展率被预先存储。通过当前油轨压力下的波动模型的收缩率或扩展率与时间间隔Ti相乘，得到改变的时间间隔。将与该改变的时间间隔相应的在后喷射的基准波动量dQ作为在后喷射在当前油轨压力下的波动量。
随后，将根据本发明的基本思想来依次说明各个实施例。
如图6B和图7B所示，油轨压力越高，主喷射在同一时间间隔Ti时的波动量dQ越大。因此，为了将在每一油轨压力下的波动模型标准化为共同的基准波动模型，优选的是，根据油轨压力沿图6B和图7B的纵坐标方向收缩或扩展在每一油轨压力下的波动模型，即沿主喷射波动量dQ增加或减小的方向。图6C和图7C显示的是沿主喷射波动量dQ增加或减小的方向、收缩或扩展在每一油轨压力下的波动模型以便将其覆盖在基准波动模型上的情况。
在本发明的实施例中，对于每一油轨压力，存储当收缩或扩展在后喷射的波动量的波动模型以便将其覆盖在基准波动模型上时的波动模型的收缩率或扩展率。在图6B和7B中，通过将油轨压力为80MPa时的基准波动量dQ与收缩率或扩展率的倒数相乘，计算在每一油轨压力下的主喷射波动量dQ。
概括地说，在本发明的实施例中，在每一油轨压力下的波动模型收缩率或扩展率由沿时间间隔Ti增加或减小方向的第一收缩率或第一扩展率以及沿喷射量的波动量dQ增加或减小方向的第二收缩率或第二扩展率组成。这些第二收缩率和第二扩展率是油轨压力的函数。当该油轨压力不是基准油轨压力时，时间间隔与第一收缩率或第一扩展率相乘以便得出修改后的时间间隔，并且与该修改后的时间间隔Ti相一致的基准波动量dQ与第二收缩率的倒数或第二扩展率的倒数相乘，将所得到的量作为在后喷射的波动量。
图8A示出了在维持油轨压力为48MPa的状态下，使主喷射的喷射量为5(mm3)，10(mm3)，20(mm3)，30(mm3)以及40(mm3)时的主喷射的波动量dQ。即使时间间隔Ti相同，如果主喷射的喷射量改变，也即喷射正时发生改变，影响喷射的波动模型的区域也将改变，因此主喷射的波动量dQ将根据主喷射的喷射量发生改变。在该情形中，通常来说，主喷射的喷射量越大，在同一时间间隔Ti时的主喷射的波动量dQ将变得越大。因此，为了将每一油轨压力下的波动模型标准化为共同的基准波动模型，优选的是沿图8A的纵坐标方向，也即沿主喷射的波动量dQ增加或减小的方向，根据油轨压力收缩或扩展每一油轨压力下的波动模型。图8B示出了沿主喷射的波动量dQ增加或减小的方向收缩或扩展每一油轨压力下的波动模型以便将其覆盖在基准波动模型上的情形。
在该情形中，在本发明的该实施例中，当收缩或扩展在后喷射的波动量的波动模型以便将其覆盖在基准波动模型上时，波动模型的收缩率或扩展率关于每一主喷射的喷射量被存储。在图8B中，通过将喷射量为20(mm3)时的基准波动量dQ与收缩率或扩展率的倒数相乘，计算主喷射的波动量dQ。
概括地说，在本发明的实施例中，波动模型在每一油轨压力下的收缩率或扩展率由沿时间间隔Ti增加或减小方向的第一收缩率或第一扩展率以及沿喷射量的波动量dQ增加或减小方向的第二收缩率或第二扩展率组成。这些第二收缩率和第二扩展率是主喷射喷射量的函数。当该油轨压力不是基准油轨压力时，时间间隔与第一收缩率或第一扩展率相乘以便得出修改后的时间间隔，与该修改后的时间间隔Ti相一致的基准波动量dQ与第二收缩率的倒数或第二扩展率的倒数相乘，并且将所得到的量作为在后喷射的波动量。
而且，尽管没有示出，当先导喷射的量改变时，主喷射的波动量dQ将改变。因此，在该情形中，同样的，为了将在每一先导喷射量下的波动模型标准化为共同的基准波动模型，优选的是沿主喷射的波动量dQ增加或减小的方向收缩或扩展在每一先导喷射量下的波动模型。在该情形中，概括地说，波动模型在每一油轨压力下的收缩率或扩展率由沿时间间隔Ti增加或减小方向的第一收缩率或第一扩展率以及沿喷射量的波动量dQ增加或减小方向的第二收缩率或第二扩展率组成。这些第二收缩率和第二扩展率是先导喷射量的喷射量的函数。当该油轨压力不是基准油轨压力时，时间间隔与第一收缩率或第一扩展率相乘以便得出修改后的时间间隔，与该修改后的时间间隔Ti相应的基准波动量dQ与第二收缩率的倒数或第二扩展率的倒数相乘，并且将所得到的量作为在后喷射的波动量。
随后，用于将燃油喷射控制到一目标值的燃油喷射控制的例子将通过参照示于图9的燃油喷射控制程序来说明。
参照图9，首先，在步骤100，由示于图4A的图来计算总喷射量QT。随后，在步骤101，由示于图4B的图来计算主喷射量QM。随后，在步骤102，将总喷射量QT减去主喷射量QM来计算先导喷射量QP。随后，在步骤103，由示于图5A的图来计算主喷射开始正时θM。随后，在步骤104，由示于图5B的图来计算时间间隔TI。随后，在步骤105，根据主喷射开始正时θM和时间间隔TI来计算先导喷射开始正时θP。
随后，在步骤106，计算当根据油轨压力或一固定时间段内的油轨压力的平均值(在下文中简单地作为“油轨压力”)、沿时间间隔增加或减小的方向收缩或扩展主喷射量的波动量dQ的波动模型以便将其覆盖在基准波动模型上时的收缩率或扩展率K1，其中油轨压力由燃油压力传感器16来检测。该收缩率或扩展率K1显示于图10A。如果基准油轨压力为80MPa，那么当油轨压力接近80MPa时，收缩率或扩展率K1为1.0。当油轨压力变得低于基准油轨压力时，K1将减小，也即波动模型收缩，而当油轨压力变得高于基准油轨压力时，K1将增加，也即波动模型扩展。
随后，在步骤107，波动模型的收缩率或扩展率K1与时间间隔TI相乘以便计算出改变后的时间间隔Ti。随后，在步骤108，如果基准油轨压力为80MPa，基准主喷射量QM设为20(mm3)，并且基准先导喷射量QP设为2(mm3)，即将在图7B中以○标记的波动量作为基准波动量dQ，则计算与改变的时间间隔Ti相应的基准波动量dQ。
随后，在步骤109，计算当根据油轨压力、沿主喷射波动量增加或减小的方向收缩或扩展主喷射量的波动模型以便将其覆盖在基准波动模型上时的波动模型的收缩率或扩展率K2。K2的变化示于图10B。如图10B所示，在用作基准的油轨压力附近，K2的值变为1.0。如果油轨压力变得低于基准油轨压力，K2的值将变得大于1.0，而当油轨压力变得高于基准油轨压力时，K2的值将变得小于1.0。
随后，在步骤110，计算当根据主喷射量QM、沿主喷射波动量增加或减小的方向收缩或扩展主喷射量的波动模型以便将其覆盖在基准波动模型上时的波动模型的收缩率或扩展率K3。K3的这种变化示于图10C中。如图10C所示，在用作基准的主喷射量附近，K3的值变为1.0。当主喷射量变得低于基准主喷射量时，K3的值将变得大于1.0，而当主喷射量变得高于基准主喷射量时，K3的值将变得小于1.0。
随后，在步骤111，计算当根据先导喷射量、沿主喷射波动量增加或减小的方向收缩或扩展主喷射量的波动模型以便将其覆盖在基准波动模型上时的波动模型的收缩率或扩展率K4。K4的这种变化示于图10D中。如图10D所示，在用作基准的先导喷射量的附近，K4的值变为1.0。当先导喷射量变得低于基准先导喷射量时，K4的值将变得大于1.0，而当先导喷射量变得高于基准先导喷射量时，K4的值将变得小于1.0。
随后，在步骤112，在步骤108中计算的基准波动量dQ与收缩率或扩展率K2，K3和K4的倒数相乘以便计算主喷射的最终波动量dQ。随后，在步骤113，修正主喷射的一个指令值以便根据该波动量dQ将实际喷射量变为目标值。例如，当波动量dQ为正值时，修正主喷射的指令值以便在步骤101中计算的主喷射量QM减小该波动量dQ，并且实际喷射量变为该减小的主喷射量(QM-dQ)。与此相反，如果波动量dQ为负值，修正主喷射的指令值以便该主喷射量QM增加该波动量dQ，并且实际喷射量变为该增加的主喷射量(QM+dQ)。以这种方式，实际喷射量被控制为目标值QT。随后，在步骤114，执行先导喷射和主喷射的程序。
现在，正如上面的说明，由于在喷嘴室34内发生的压力脉动，主喷射量将波动，但是该主喷射量也因为针阀31的开启正时的波动而波动。即，根据用于开始主喷射的指令，溢流控制阀40打开，压力控制室36内的燃油压力逐渐下降，并且当针室34和压力控制室36之间的压力差变为至少一固定压力时，针阀31打开。在该情形中，当压力控制室36内的燃油压力逐渐下降时，如果该压力脉动导致喷嘴室34内的燃油压力快速升高或者压力控制室36内的燃油压力快速下降，喷嘴室34和压力控制室36之间的压力差将变为至少一个固定值。因此，针阀31的开启正时将被提前。与此相反，当压力控制室36内的燃油压力逐渐下降时，如果该压力脉动导致喷嘴室34内的燃油压力快速下降或者压力控制室36内的燃油压力快速升高，将需要一些时间直至喷嘴室34和压力控制室36之间的压力差变为至少一个固定值，因此针阀31的开启正时被延迟了。
以这种方式，针阀31的开启正时按照压力脉动的变化率，即压力脉动变化的差值波动。在该情形中，如果针阀31的开启正时被提前，主喷射量将增加，而如果针阀31的开启正时被延迟，主喷射量将减小。因此，如果针阀31的开启正时由于压力脉动变化率的影响而波动，主喷射量将与其一起波动。
以这种方式，主喷射量受由于喷嘴室34内的燃油压力的波动引起的喷射量波动以及由于针阀31的开启正时的波动引起的波动量波动而波动。但是，当针阀31开启时，喷射量由吸取室32内的燃油压力来确定。如图7所示，当主喷射量大时，针阀31的提升变大，因此吸取室32内的燃油压力在此时与喷嘴室34内的燃油压力一起波动。即，当主喷射量大时，如果在喷嘴室34内发生波动，主喷射量将波动。即，示于图7的主喷射量的波动量dQ包括由于喷嘴室34内的波动引起的喷射量的波动量以及由于针阀31的开启正时的波动引起的喷射量的波动量。
另一方面，当如图6所示的主喷射量小时，针阀31的提升小。此时，喷嘴室34内发生的压力脉动将完全不会太多在吸取室32内传播。因此，当主喷射量小时，喷射量将不会由于喷嘴室34的压力脉动，即在吸取室32内的压力脉动，而出现太大波动。此时，由于针阀31的开启正时的波动而引起的主喷射量的波动将变为主要的。
但是，由喷嘴室32内的压力脉动引起的主喷射的波动归因于喷嘴室32内绝对压力的大小。针阀31的开启正时的波动不是归因于喷嘴室34内的绝对压力的大小，而是归因于喷嘴室34或压力控制室36内的燃油压力的变化率。因此，示于图6A-6C中的主喷射量的波动量dQ的波动模型与示于图7A-7C中的主喷射量的波动量dQ的波动模型有些不同，其中在示于图6A-6C的波动模型中，针阀31的开启正时的波动支配着主喷射量的波动，而在示于图7A-7C的波动模型中，喷嘴室34内的压力脉动效应和针阀31的开启正时的波动效应同时存在。
因此，当使示于图7A-7C的波动模型收缩或扩展时，这些波动模型将通常覆盖示于图6A-6C的波动模型，但是不会精确地覆盖它们。为了使喷射量与目标值更精确地相符，优选的是提供两个图以便根据燃油喷射量选择性地使用这两个图中的一个，其中这两个图为在找出主喷射的波动量dQ时，当燃油喷射量小时，主喷射的波动量dQ按图6C所示的那样被标准化的图；和当燃油喷射量大，主喷射的波动量dQ按图7C所示的那样被标准化的图。
另一方面，当在先喷射为小喷射量的先导喷射时，主喷射的波动量dQ按照图6A-8B所示的波动模型波动，但是当在先喷射的喷射量大，如图3B所示的M时，在后喷射的波动量dQ将按照与示于6A-8C的波动模型截然不同的波动模型波动。因此，在在先喷射的喷射量具有图3B所示的较小以及较大的情况下，优选的是提供四个图以便根据在先喷射的喷射量和在后喷射的喷射量选择性地使用该四个图中的一个，其中这四个图为在找出在后喷射的波动量dQ时，当在先喷射的喷射量较小并且在后喷射的喷射量较小时，在后喷射的波动量dQ被标准化的图；当在先喷射的喷射量较小并且在后喷射的喷射量较大时，在后喷射的波动量dQ被标准化的图；当在先喷射的喷射量较大并且在后喷射的喷射量较小时，在后喷射的波动量dQ被标准化的图；和当在先喷射的喷射量较大并且在后喷射的喷射量较大，在后喷射的波动量dQ被标准化的图。
随后，将阐明分别找出针阀31的开启正时的波动和由于喷射压力的波动引起的主喷射的喷射量的波动以及根据这些波动将该喷射量控制为目标值的实施例。
正如上文的说明，示于图6A-6C中的主喷射量的波动量dQ的波动模型与示于图7A-7C中的主喷射量的波动量dQ的波动模型有些不同，其中在示于图6A-6C的波动模型中，针阀31的开启正时的波动支配着主喷射量的波动，而在示于图7A-7C的波动模型中，喷嘴室34内的压力脉动效应和针阀31的开启正时的波动效应同时存在。因此，当使示于图7A-7C的波动模型收缩或扩展时，这些波动模型将通常覆盖示于图6A-6C的波动模型，但是不会精确地覆盖它们。
但是，在仅取得针阀31的开启正时的波动时，通过使该波动模型在不同的油轨压力下收缩或扩展，可以将该波动模型覆盖在用作单一基准的波动模型上。如果仅取得主喷射量的波动减去由于针阀31的开启正时的波动引起的主喷射量的波动，同样的，在该情形下，通过使该波动模型在不同的油轨压力下收缩或扩展，可以将该波动模型覆盖在用作单一基准的波动模型上。因此，可以使喷射量与目标值精确地相符。
随后，将参照图11A-11C和图12A-12C对此作出说明。
图11A-11C示出了时间间隔Ti(msec)和针阀31的开启正时的波动量Δτ(μmsec)之间的关系。而且，图11A-11C还示出了先导喷射量为2(mm3)的情形。□标记显示的是油轨压力为48MPa，○标记显示的油轨压力80MPa，△标记显示的是油轨压力为128MPa。
图11A示出了针阀31的开启正时的波动量Δτ在每一油轨压力下的实际值。图11B示出了这样一种情形，即将油轨压力为80MPa作为基准油轨压力，将此时的针阀31的开启正时的波动模型作为基准波动模型，并且沿时间间隔轴的方向收缩或扩展如图11A所示的油轨压力为48MPa和128MPa时的波动模型，以便波动模型向上以及向下波动的周期与该基准波动模型向上以及向下波动的周期相符合。
另一方面，图11C示出了沿垂直方向，也即针阀31的开启正时的波动量Δτ的增加或减小方向，收缩或扩展示于图11B的油轨压力为48MPa和128MPa时的波动模型，以便这些波动模型覆盖基准波动模型。如果以这种方式取得针阀31的开启正时的波动量Δτ，可以得知可以按图11C所示的那样来标准化该波动模型。
注意，油轨压力越大，当针阀31的开启正时波动一个单位时间时的主喷射的波动量ΔQm也变得越大。主喷射的波动量ΔQm事先通过实验得出。因此，当针阀31的开启正时波动时间Δτ时，通过使ΔQm与Δτ相乘，可以得出主喷射的波动量dQm(＝ΔQm·Δτ)。
图12A和12B示出了时间间隔Ti与仅仅由于喷射压力的波动效应引起的主喷射的波动量dQt(mm3)之间的关系，其中喷射压力的波动是从主喷射的实际波动量dQ(mm3)减去由于针阀31的开启正时的波动而引起的主喷射的波动量dQm得到的。而且，图12A和12B示出了先导喷射量为2(mm3)并且油轨压力为基准油轨压力80MPa的情形。+标记显示的是主喷射量为5(mm3)，◇标记显示的是主喷射量为10(mm3)，△标记显示的是主喷射量为20(mm3)，○标记显示的是主喷射量为30(mm3)，□标记显示的是主喷射量为40(mm3)。
图12A示出了当油轨压力为基准油轨压力80MPa时，在每一主喷射量下的主喷射的波动量dQt。图12B示出了使油轨压力为标准油轨压力80MPa并且主喷射量为20(mm3)时的波动模型为基准波动模型并且沿着垂直方向，即主喷射的波动量dQt的增加或减小方向，收缩或扩展主喷射量为5(mm3)，10(mm3)，30(mm3)和40(mm3)时的波动模型，以便这些波动模型覆盖基准波动模型的情形。如果取得仅仅由于喷射压力的波动而引起的主喷射的波动量dQt，那么可以按图12B所示的那样来标准化波动模型。
注意在图12A中，当主喷射量较小，例如为5(mm3)(+标记)或10(mm3)(◇标记)时，针阀31的提升较小，从而吸取室32内的燃油压力将不会那么多的波动，因此主喷射的波动量dQt将较小。即便在主喷射的波动量dQt以这种方式较小时，如果该波动模型沿垂直方向扩展，它也将覆盖基准波动模型。
在该实施例中，有两种燃油喷射控制方法。第一种燃油喷射控制方法是从图11C中得出针阀31的开启正时的波动量Δτ，通过该波动量Δτ将针阀31的开启正时控制为目标值，从图12B中得出主喷射的波动量dQt，并通过该波动量dQt将主喷射的喷射量控制为目标值的方法，而第二种燃油喷射控制方法是从图11C中得出针阀31的开启正时的波动量Δτ，从该波动量Δτ得出由于针阀31的开启正时的波动而引起的主喷射的波动量dQm(＝ΔQm·Δτ)，从图12B中得出主喷射的波动量dQt，并通过该波动量dQt和由于针阀31的开启正时的波动而引起的主喷射的波动量dQm将主喷射的喷射量控制为目标值的方法。
图13和图14示出了用于执行第一燃油喷射控制方法的燃油喷射控制程序。
参照图13和图14，首先，在步骤200，由示于图4A的图来计算总喷射量QT。随后，在步骤201，由示于图4B的图来计算主喷射量QM。随后，在步骤202，将总喷射量QT减去主喷射量QM来计算先导喷射量QP。随后，在步骤203，由示于图5A的图来计算主喷射开始正时θM。随后，在步骤204，由示于图5B的图来计算时间间隔TI。随后，在步骤205，根据主喷射开始正时θM和时间间隔TI来计算先导喷射开始正时θP。
随后，在步骤206，计算当根据油轨压力、沿时间间隔增加或减小的方向收缩或扩展针阀31的开启正时的波动量Δτ的波动模型以便将其覆盖在基准波动模型上时的收缩率或扩展率IK1。该收缩率或扩展率IK1示于图15A。如果基准油轨压力为80MPa，那么当油轨压力接近80MPa时，收缩率或扩展率IK1为1.0。当油轨压力变得低于基准油轨压力时，IK1将减小，也即波动模型收缩，而当油轨压力变得高于基准油轨压力时，IK1将增加，也即波动模型扩展。
随后，在步骤207，波动模型的收缩率或扩展率IK1与时间间隔TI相乘以便计算出改变后的时间间隔Ti。随后，在步骤208，如果基准油轨压力为80MPa并且基准先导喷射量QP设为20(mm3)，即如果将在图11B中以○标记的开启正时的波动量Δτ作为基准波动量，则计算与改变的时间间隔Ti相应的开启正时的基准波动量。
随后，在步骤209，计算当根据油轨压力、沿开启正时的波动量的增加或减小的方向收缩或扩展开启正时的波动模型以便将其覆盖在基准波动模型上时的波动模型的收缩率或扩展率IK2。IK2的变化示于图15B。如图15B所示，在用作基准的油轨压力附近，IK2的值变为1.0。当油轨压力变得低于基准油轨压力时，IK2的值将变得大于1.0，而当油轨压力变得高于基准油轨压力时，IK2的值将变得小于1.0。
随后，在步骤210，计算当根据先导喷射量、沿开启正时的波动量的增加或减小的方向收缩或扩展开启正时的波动模型以便将其覆盖在基准波动模型上时的波动模型的收缩率或扩展率IK3。IK3的这种变化示于图15C中。如图15C所示，在用作基准的先导喷射量附近，IK3的值变为1.0。当先导喷射量变得低于基准先导喷射量时，IK3的值将变得大于1.0，而当先导喷射量变得高于基准先导喷射量时，IK3的值将变得小于1.0。
随后，在步骤211，在步骤208中计算的开启正时的基准波动量Δτ与收缩率或扩展率IK2和IK3的倒数相乘以便计算开启正时的最终波动量Δτ。随后，在步骤212，修正开启正时的一个指令值以便根据该波动量Δτ将实际开启正时变为目标值。例如，当开启正时为正值时，修正主喷射的指令值以便在步骤203中计算的主喷射的开始正时θM正好被延迟该波动量Δτ。另一方面，如果开启正时为负值，修正该开启正时的指令值以便在步骤203中计算的主喷射的开始正时θM正好被提前该波动量Δτ。通过这种方式，针阀31的实际开启正时在主喷射的启动时刻被控制为目标值θM。
随后，在步骤213，计算当根据油轨压力、沿时间间隔增加或减小的方向收缩或扩展主喷射的波动量dQ的波动模型以便将其覆盖在基准波动模型上时的收缩率或扩展率FK1。该收缩率或扩展率FK1示于图16A。如果基准油轨压力为80MPa，那么当油轨压力接近80MPa时，收缩率或扩展率FK1为1.0。当油轨压力变得低于基准油轨压力时，FK1将减小，也即波动模型收缩，而当油轨压力变得高于基准油轨压力时，FK1将增加，也即波动模型扩展。
随后，在步骤214，波动模型的收缩率或扩展率FK1与时间间隔TI相乘以便计算修改后的时间间隔Ti。随后，在步骤215，当基准油轨压力为80MPa，用作基准的主喷射量QM设为20(mm3)，并且用作基准的先导喷射量QP设为2(mm3)时，即当将在图12B中以△标记的波动量作为基准波动量dQ时，计算与改变后的时间间隔Ti相应的基准波动量dQ。
随后，在步骤216，计算当根据油轨压力、沿主喷射的波动量的增加或减小的方向收缩或扩展主喷射量的波动模型以便将其覆盖在基准波动模型上时的波动模型的收缩率或扩展率FK2。FK2的这种变化示于图16B。如图16B所示，在用作基准的油轨压力附近，FK2的值变为1.0。当油轨压力变得低于基准油轨压力时，FK2的值将变得大于1.0，而当油轨压力变得高于基准油轨压力时，FK2的值将变得小于1.0。
随后，在步骤217，计算当根据主喷射量QM、沿主喷射的波动量的增加或减小的方向收缩或扩展主喷射量的波动模型以便将其覆盖在基准波动模型上时的波动模型的收缩率或扩展率FK3。FK3的这种变化示于图16C中。如图16C所示，在用作基准的先导喷射量附近，FK3的值变为1.0。当主喷射量变得低于基准主喷射量时，FK3的值将变得大于1.0，而当主喷射量变得高于基准主喷射量时，FK3的值将变得小于1.0。
随后，在步骤218，计算当根据先导喷射量、沿主喷射的波动量的增加或减小的方向收缩或扩展主喷射量的波动模型以便将其覆盖在基准波动模型上时的波动模型的收缩率或扩展率FK4。FK4的这种变化示于图16D中。如图16D所示，在用作基准的先导喷射量的附近，FK4的值变为1.0。当先导喷射量变得低于基准先导喷射量时，FK4的值将变得大于1.0，而当先导喷射量变得高于基准先导喷射量时，FK4的值将变得小于1.0。
随后，在步骤219，在步骤215中计算的基准波动量dQ与收缩率或扩展率FK2，FK3和FK4的倒数相乘以便计算主喷射的最终波动量Δτ。随后，在步骤220，修正主喷射的一个指令值以便根据该波动量dQ将实际喷射量变为目标值。例如，当波动量dQ为正值时，修正主喷射的指令值以便在步骤201中计算的主喷射量QM减小该波动量dQ，并且实际喷射量变为减小的主喷射量(QM-dQ)。与此相反，如果波动量dQ为负值，修正主喷射的指令值以便该主喷射量QM增加该波动量dQ，并且实际喷射量变为增加的主喷射量(QM+dQ)。以这种方式，实际喷射量被控制为目标值QT。随后，在步骤221，执行先导喷射和主喷射的程序。
图17和图18示出了用于执行第二燃油喷射控制方法的燃油喷射控制程序。
在该程序中，与示于图13和图14的程序的不同仅在于步骤212’和220’。其余的步骤200-211，213-219，以及221与示于图13和图14的步骤220-221，213-219以及221相同。因此，下面将仅对示于图17和图18的步骤212’和220’作出说明。
正如上面的说明，事先通过实验得出当针阀31的开启正时波动一个单位时间时的波动量ΔQm。在步骤212’，该ΔQm与在步骤211中得出的开启正时的波动量ΔT相乘以便计算主喷射的波动量dQm(＝ΔQm·Δτ)。随后，在步骤220’，根据该主喷射的波动量dQm和在步骤219中得出的主喷射的波动量dQ来修正主喷射指令值。
在该情形中，存在着用于修正主喷射指令值的各种方法。该主喷射指令值可通过这些方法中的任意一种来修正。最简单的方法是将波动量dQ和dQm加入到在步骤201中计算的主喷射量QM中并且将该相加后的主喷射量(QM+dQ+dQm)作为最终的主喷射量。喷射开始正时被维持其原状，而喷射终止正时被确定以便实际主喷射量变为该最终主喷射量(QM+dQ+dQm)。
而且，可以将波动量dQ转换为喷射正时Δt并将波动量dQm转换为喷射时间Δtm，并且使该喷射时间正好延长或缩短这些计算出来的波动量之和(Δt+Δtm)。或者，可以将喷射开始正时正好提前或延迟波动量Δtm，或者将喷射终止正时正好提前或延迟波动量Δt。
权利要求
1.一种内燃机的燃油喷射系统，该内燃机设置有共用油轨和连接到该共用油轨的燃油喷射器，在发动机的一个循环过程中，每一燃油喷射器执行至少两次燃油喷射，在先喷射和在后喷射，并且根据从执行在先喷射到执行在后喷射的时间间隔、相对于目标值来改变在后喷射的波动量，所述内燃机的燃油喷射系统设置有存储装置，用于存储油轨压力为预定基准油轨压力时、随着所述时间间隔的增加并根据一基准波动模型变化的在后喷射的基准波动量，并且存储油轨压力不是基准油轨压力时、在收缩或扩展在后喷射的所述波动量的波动模型以便将其覆盖在基准波动模型上时的波动模型的收缩率或扩展率；计算装置，用于根据所述基准波动量和时间间隔、按照油轨压力使用所述收缩率或扩展率来计算在后喷射的所述波动量；以及控制装置，用于利用由所述计算装置计算的波动量将喷射量控制到目标值。
2.如权利要求1所述的内燃机的燃油喷射系统，其中当油轨压力不是基准油轨压力时，所述计算装置将时间间隔与收缩率或扩展率相乘以便得出修改的时间间隔，并将与所述修改的时间间隔相应的基准波动量作为在后喷射的所述波动量。
3.如权利要求1所述的内燃机的燃油喷射系统，其中存储在所述存储装置中的、在每一油轨压力下的波动模型的所述收缩率或扩展率包括沿时间间隔增加或减小方向的第一收缩率或第一扩展率以及沿喷射量的波动量增加或减小方向的第二收缩率或第二扩展率，并且当油轨压力不是基准油轨压力时，时间间隔与第一收缩率或第一扩展率相乘以便得出修改的时间间隔，与该修改的时间间隔相应的基准波动量与第二收缩率的倒数或第二扩展率的倒数相乘，并且将所得到的量作为在后喷射的波动量。
4.如权利要求3所述的内燃机的燃油喷射系统，其中所述第二收缩率和第二扩展率是油轨压力的函数。
5.如权利要求3所述的内燃机的燃油喷射系统，其中所述第二收缩率和第二扩展率是在后喷射的喷射量的函数。
6.如权利要求3所述的内燃机的燃油喷射系统，其中所述第二收缩率和第二扩展率是在先喷射的喷射量的函数。
7.如权利要求1所述的内燃机的燃油喷射系统，其中存储在所述存储装置中的在后喷射的基准波动量包括多组基准波动量，并且根据在先喷射的喷射量或在后喷射的喷射量，通过从多组基准波动量中选用一组基准波动量而将喷射量控制为目标值。
8.如权利要求1所述的内燃机的燃油喷射系统，其中存储在所述存储装置中的在后喷射的基准波动量包括在将要执行在后喷射时的燃油喷射器开启正时的基准波动量，和除了由于燃油喷射器的开启正时引起的喷射量以外的在后喷射喷射量的基准波动量，并且根据这些基准波动量将喷射量控制为目标值。
9.如权利要求8所述的内燃机的燃油喷射系统，其中根据所述燃油喷射器的开启正时的基准波动量将燃油喷射器的开启正时控制为目标值，并且根据所述喷射量的基准波动量控制喷射正时，以便使喷射量变为目标值。
10.如权利要求8所述的内燃机的燃油喷射系统，其中基于燃油喷射器开启正时波动的在后喷射的所述波动量是根据燃油喷射器的开启正时的基准波动量得出的，并且根据所述喷射量的基准波动量以及基于所述开启正时波动的喷射波动量来控制喷射正时，以便使喷射量变为目标值。
全文摘要
一种内燃机，其设置有共用油轨(13)和连接到该共用油轨(13)的燃油喷射器(3)。当执行先导喷射时，喷射压力将波动。此时，主喷射的喷射量以特定波动模型波动。如果横坐标表示从启动先导喷射到启动主喷射的时间间隔，并且纵坐标表示主喷射的波动量，那么主喷射的喷射量的波动模型将变为根据油轨压力而沿横坐标和纵坐标收缩或扩展的形式。利用这种特性来找出主喷射的喷射量的波动量。
文档编号F02D41/38GK1846049SQ20048002509
公开日2006年10月11日 申请日期2004年8月30日 优先权日2003年9月1日
发明者简井恒雄, 山田贵文 申请人:丰田自动车株式会社